TW567444B - Fingerprint recognition device and fingerprint recognition method - Google Patents

Description

567444 五、發明說明（1 ) 發明領域 本發明係有關一種指紋辨識裝置及指紋辨識方法，且更 特別的是有關一種低成本且已減小其厚度的指紋辨識裝置 及指紋辨識方法。 相關技術說明 過去已提出各種裝置當作用於輸入指紋影像的裝置。 於日本公開專利申請案第2000-30034號文件中揭示了 一種結構，係將一液晶板（第二液晶板）配置在一光導板 (第一光導板）之頂部上，且在此第二液晶板之頂部上進 一步配置了另一光導板（第二光導板）以及另一液晶板 (第二液晶板）。於此結構中，來自落在最底部之第一光 導板上某一端點面的進入光會行進且曾透過該第一光導板 的內側部分受到引導。行經此第一光導板的光會透過上述 第一液晶板的預定部位而傳送，且會進入另一第二光導板 內側。進入此第二光導板的光係經由該第二液晶板照射到 放置在該第二液晶板頂部上的手指之上。 因該手指而反射的光會回到該第二光導板內側，行經其 間且從一端點面發射出去。所發射的光會受到光偵測元件 的攔截，並從該光偵測元件的輸出端讀取該手指的指紋影 像。 如是，上述文件中所揭示裝置的問題是，因爲用到兩個 光導板及兩個液晶板，故很難減小其厚度且其成本極高。 發明之扼要說明 依前述觀點，本發明的目的是提供一種低成本且能夠製 567444 五、發明說明（2) 作得很薄的指紋辨識裝置。 根據本發明而提供之指紋辨識裝置的特徵爲包括：視窗 構件，係用以將手指放置其上；第一光源裝置，係用以產 生光並將之照射到放置於該視窗構件上的手指；液晶板， 係藉由依序移動某一孔徑的位置依序以一次一個像素的方 式傳送來自放置於該視窗構件上之手指的光；光收集部分 ，係用以收集來自液晶板的光；以及光偵測元件，係藉由 像素單元用以接收由光收集部分收集到的光。 上述液晶板能夠傳送已因手指而反射的光或是已因手指 而漫射的光。 在光將要受到手指的反射時，例如吾人能夠使用一種結 構使得經由一視窗構件從第一光源發射出來的光會照射手 指且受到該手指表面的反射；而在光將要受到手指的漫射 時，例如吾人能夠使用一種結構使得來自第一光源的光直 接照射在手指之上，通過該手指內側且受到該手指表面的 漫射。 令由第一光源裝置產生的光照射在手指上。液晶板會藉 由像素單元傳送來自手指的光，且此光會經由光收集部分 入射到光偵測元件上。 因此，吾人能夠實現一種製作得很薄而低價的指紋辨識 裝置。 例如，此中使用之視窗構件係由用以將具有待讀指紋之 手指放置其上之平板狀視窗構件構成的，該第一光源係由 LED (發光二極體）構成的，該液晶板係由透射式液晶板 567444 五、發明說明（3) 構成的，該光收集部分係由呈圓錐狀或是拋物線狀之光收 集部分或是光纖構成的，且該光偵測元件係由具有能夠將 某一像素價値的光從光能轉換成電能之功能的光偵測元件 構成的。 至於上述視窗構件，除了將手指放置在其表面上之外’ 吾人也能夠設置光導板以引導由上述第一光源裝置產生的 光並使之進入到該光導板內側。 如是，藉由設置光導板，吾人能夠依可靠方式以足夠的 亮度照射手指。此外，吾人能夠依與該液晶板相同的方式 爲每一個視窗構件設置光導板，使吾人能夠實現一種既薄 又低價的裝置。 此外，在經由透鏡將指紋影像形成於影像拾取元件上時 ，影像會出現失真且變得很難準確地讀取該指紋，但是在 本發明的例子裡，由於沒有任何影像失真現象故能夠進行 準確的讀取作業。因此，吾人能夠改良指紋的識別比例。 此光導板例如係由平板式光導板或是稜鏡構成的。 於上述光導板中，吾人能夠將一實質上呈透明而像凝膠 的薄膜層形成於其上放置有上述手指的表面之上。 藉由形成一薄膜層，吾人能夠更淸楚地拾取指紋上各突 起部分及各凹陷部分的影像。 此薄膜層例如係由其組成爲聚矽氧薄膜之類構成的凝膠 膜。 吾人也能夠設置儲存機制以便藉由對應到液晶板上各像 素之像素單元儲存上述光偵測元件的輸出。 567444 五、發明說明（4) 各儲存機制會儲存由像素單元輸出的光偵測元件。因此 ，將對應到某一手指指紋的影像儲存於各儲存機制內。這 種儲存機制例如係由SRAM (靜態隨機存取記憶體）構成 的。 本發明的建造方式是使上述液晶板會在來自上述手指的 光通過上述孔徑時依序從作二維配置的複數個像素中選出 任一像素。此液晶板例如係由其上（以平面條件）做二維 方式配置有4x6個像素的透射式液晶板構成的。 此例中，液晶板會藉由所謂面積感知模式讀取指紋。 此外，本發明的建造方式是使上述液晶板會在來自上述 手指的光通過上述孔徑時依序從作一維配置的複數個像素 中選出任一像素。此液晶板例如係由其上（線性地）依一 維方式配置有1 X 1 5個像素的透射式液晶板構成的。 此例中，由於液晶板係藉由所謂線段感知模式讀取指紋 ，故吾人能夠使指紋讀取部分的面積小於使用面積感知模 式執行讀取時的指紋讀取部分面積，且同時會使將之裝設 到電子裝置上的作業變得更容易。此外，由於吾人能夠減 小該液晶板的尺寸亦即在指紋辨識裝置成本上佔極大百分 比的部位尺寸，故能夠降低其成本。 吾人也能夠爲上述液晶板設置第二光束裝置，以便產生 會從上述光偵測元件朝上述視窗構件照射的光，且上述液 晶板的建造方式是造成來自上述第二光束裝置的光沿著上 述視窗構件的方向行進以顯示影像。 此例中，吾人能夠將影像顯示於液晶板上。因此，例如 567444 五、發明說明（5) 吾人能夠將指紋影像輸入部分形成於電子裝置的影像顯示 部分上。如此，因爲吾人能夠同時將液晶.板用在影像顯示 功能及指紋影像輸入功能上，故吾人能夠達成零件聚集及 裝置微型化的目標。 此第二光束裝置例如係由發光元件構成的。 根據本發明而提供之指紋辨識方法的特徵爲，藉由將光 照射在放置於視窗構件上的手指，且依序平移液晶板孔徑 的位置，而允許來自放置於視窗構件上之手指的光以一次 一個像素的方式依序通過該孔徑，收集來自該液晶板的光 ，並藉由像素單元接收所收集的光。 圖式簡述 第1圖係用以顯示一種可應用於本發明之指紋辨識裝置 結構實例的示意圖。 第2圖係用以顯示一種以手指抵住光導板之狀態的放大 截面圖示。 第3圖係用以解釋第1圖裝置之作業的流程圖。 第4圖係用以顯示對第1圖中透射式液晶板之孔徑進行 平移作業的示意圖。 第5圖係用以顯示指紋讀取結果實例的示意圖。 第6圖係用以顯示另一種可應用於本發明之指紋辨識裝 置結構實例的示意圖。 第7圖係用以顯示對第1圖中透射式液晶板結構的示意 圖。 第8圖係用以顯示再一種可應用於本發明之指紋辨識裝 567444 五、發明說明（6) 置結構實例的示意圖。 較佳實施例的詳細說明 第1圖顯示的是一種可應用於本發明之指紋辨識裝置的 結構實例。此例中，其上放置具有待讀指紋之手指的視窗 構件1 0係由光導板2構成的。在光導板2的表面上，例 如形成有由聚矽氧薄膜之類構成的凝膠膜3。此凝膠膜3 具有勁度故其中一部分會在受到手指按壓時穿透到指紋的 凹陷部分之內，且另外在功能上能夠充分地傳播光（也就 是說，必需是透明的）。 在光導板2的底部表面上，配置有由（依平面條件）呈 二維配置之各像素構成的透射式液晶板1。在該透射式液 晶板1的端點面上配置有LED (發光二極體）4當作光源 裝置。由LED4發射出的光會進到光導板2內且會通過其 內部進行傳播。 在與形成有該透射式液晶板1之光導板2的表面相對的 表面上，形成呈圓錐狀或是拋物線狀之光收集部分5。另 外，此光收集部分5也可能是由光纖構成的。據此，吾人 甚至能夠將本發明的裝置製作得更薄。光偵測元件6R係 配置在該光收集部分5的中心上。此光偵測元件6 R具有 能夠將某一像素價値之光從光能轉換成電能的功能。 在將影像顯示於該透射式液晶板1上時，係將發光元件 6T配置在實質上與該光偵測元件6R呈對應的位置上。如 是，令由該發光元件6T產生的光經由該光收集部分5入 射到該透射式液晶板1上。因此，藉由控制該透射式液晶 567444 五、發明說明（7) 板1上對應到某一影像之預定像素的透射率’吾人能夠經 由該透射式液晶板1顯示該影像。 控制電路7具有用以放大該光偵測元件6R之輸出的信 號放大器Π。藉由A/D (類比/數位）轉換器1 2使該信號 放大器11的輸出從類比轉換成數位的信號，之後再將之 輸入並儲存於SRAM (靜態隨機存取記憶體）1 3內。控制 電路7也具有一液晶控制電路1 4，且此液晶控制電路1 4 係用以驅動該透射式液晶板1。時序控制電路1 5會將時 序供應到該A/D轉換器12、SRAM 13、及液晶控制電路 1 4上以便用於它們的控制作業。 ' 將讀取自該SRAM 13的影像資料供應到圖中末標示的 微電腦上，且用在指紋辨識處理上。 第2圖顯示的是將手指放置於光導板2頂部上之狀態的 放大圖示。在將手指3 1置於光導板2頂部之上時，該凝 膠膜3會肇因於其柔軟度而產生位移而使該手指3 1指紋 上各突出部分3 1 A直接接觸到該光導板2。此外，產生該 凝膠膜3會塡充該指紋上各凹陷部分3 1 B的狀態。 由該光導板2之端點面（此中指該凝膠膜3的端點面） 進入的光會在該光導板2及該凝膠膜3的內部傳播。於第 2圖中，當吾人係從該圖底部（亦即從該透射式液晶板1 側）對手指3 1進行觀測（假定允許光穿透該透射式液晶 板1上的所有像素）時，會將來自該凝膠膜3的光排除在 對應到各突出部分3 1A的各部位之外，因爲光會傳播通過 該凝膠膜3內部對應到各凹陷部分3 1 B的各部位，所觀測 567444 五、發明說明（8) 到具有各凹陷部分31B的部位會比具有各突出部分31A 的部位更亮。據此，吾人能夠施行該指紋影像（由各突出 部分31A及各凹陷部分31B形成的）的讀取作業。 於本發明中，該透射式液晶板1會藉由像素單元依序進 行切換使得光以一次一個像素的方式通過（其切換方式是 使該孔徑依序產生平移）。控制該透射式液晶板1的其餘 像素使得光不致通過它們。結果，例如於第2圖的實例中 ，在控制像素η而允許光通過（控制像素n+ 1到n + 5不讓 光通過）時，傳播通過光導板2及凝膠膜3的光會通過該 透射式液晶板1的像素η。同樣地，在將像素n + 2、n + 3 及n + 5設定在允許光通過的狀態內時，吾人會將光輸出到 該透射式液晶板1的另一側上。相反地，在分別將像素 n+ 1及n + 4控制在允許光通過的狀態內時（在將它們設定 爲各孔徑時），因爲這些位置係對應到該指紋之各突出部 分3 1A的緣故，從該透射式液晶板1通過該圖底部的光會 少於將像素η、n + 2、n + 3或n + 5設定爲孔徑開口時的光。 藉著光收集部分5收集由像素單元通過該透射式液晶板 1的光，並使之入射到該光偵測元件6R上。因此，吾人 能夠達成由該光偵測元件6R輸出的指紋影像。 接下來，吾人將參照第3圖的流程圖解釋第1圖中裝置 的作業。 首先於步驟S 1中，執行初始處理作業。也就是說，在 此時液晶控制電路1 4會將該透射式液晶板1的孔徑開口 (光會通過的像素）設定到該初始位置上。例如如第4圖 -10- 567444 五、發明說明（9) 所示，當該透射式液晶板1的組成爲（以平面條件）作二 維配置的4x6個像素時，控制左上方的像素（1，1)使得光會 通過其間（將之當作孔徑）。然後控制剩餘的23個像素使 得光不會通過其間。 此外於步驟S1中，時序控制電路15會將SRAM 13的 位址設定成初始値。也就是說，設定此位址以便將像素資 料儲存到第4圖的像素（1，1)內。 接下來於步驟S2中，該光偵測元件6R會將對應到已抵 達光量額的電氣信號轉換成電壓並輸出該電壓。 也就是說，當使用者將手指3 1按壓到光導板2之上時 ’構成了參照第2圖加以解釋的狀態。當像素（1，1)對應到 指紋之某一凹陷部分3 1 B時，如同像素η的例子，例如於 第2圖中經由光收集部分5使較強的光入射到該光偵測元 件6R上。相反地，當像素（1，1)對應到指紋之某一突出部 分31Α時，如同第2圖中像素η+1的例子，經由光收集部 分5入射到該光偵測元件6R上的光量額會小於像素（1，1) 係對應到某一凹陷部分3 1 Β時的光量額。該光偵測元件 6R會輸出對應到此進入光之量額的電壓。 信號放大器1 1會放大該光偵測元件6R的輸出，並將已 放大的輸出輸入到該A/D轉換器12上。於步驟S3中， 該A/D轉換器1 2會將由信號放大器1 1輸入的信號從類比 信號轉換成數位信號。於步驟S4中，SRAM 13會儲存對 應到落在對應位址內此一像素（1，1)的信號。 接下來於步驟S 5中，時序控制電路1 5會判定是否已將 -11- 567444 五、發明說明（1〇) 該孔徑移動到該透射式液晶板1的最後一個孔徑上。於本 實例中，尙未將該孔徑移動到最後一個孔徑上。據此於此 例中，處理程序會前進到步驟S8，該時序控制電路1 5會 將該透射式液晶板1的孔徑位置朝下一個掃瞄位置平移一 個位置。於第4圖的實例中，係將該孔徑朝底面位置移動 一個位置。也就是說，將該孔徑從像素（1，1)移動到像素 (2,1)上。該時序控制電路1 5也會對應到該孔徑的平移作 業爲SRAM 13的位址進行轉換。 接下來處理程序會回到步驟S2，執行如上所述的相同 處理程序。也就是說，據此將像素（2,1)上的像素資料儲存 於 SRAM 13 內。 之後，依序重複相同的處理程序，依序將該孔徑從如第 4圖所示的像素（3，1)、（4，1)、（1，3)平移出來，且以一次一 個像素的方式將對應的像素資料供應到並儲存於該SRAM 1 3內。也就是說，於此實例中執行面積感知處理作業。 於步驟S5中，在判定已將孔徑6移動到像素（4,6)上時 ，由於這是最後一個孔徑，處理程序會前進到步驟S 6， 且該時序控制電路15會將該SRAM 13內所儲存的像素資 料輸出到外面。也就是說，據此將從使用者之手指上讀取 到的影像資料傳送到微電腦之類上。該微電腦會將這個資 料與事先登錄的指紋資料作比較，若兩組資料吻合則該微 電腦會輸出0K的認証結果，且若兩組資料不吻合則該微 電腦會輸出NG的認証結果。 於步驟S7中，時序控制電路丨5會判定是否應該再次搜 -12- 567444 五、發明說明（11) 集影像（是否施行指紋的讀取作業）’且在將要進行讀取 作業時，處理程序會回到步驟s 1而重複並執行其後的處 理作業。在判定不需要再次搜集影像時’則結束該處理程 序。 第5圖顯示的是如上所述之指紋讀取作業結果的實例。 圖中的白色部位顯示的是明亮而對應到指紋上各凹陷部分 31B的部位。反之圖中的黑色部位顯示的是對應到指紋上 各突出部分3 1 A的部位。 第6圖顯示的是本實施例的另一槪念。於本實施例的此 一槪念中，依第1圖中實施例之槪念而製作的光導板2是 由稜鏡4 1構成的。在該稜鏡4 1上會與手指3 1接觸的表 面之上，依與第1圖中實施例相同的槪念形成凝膠膜3。 LED 4會從該稜鏡4 1的某一側邊截面上發射出光而經由 該凝膠膜3照射該手指3 1。 以一維（線性）方式配置此透射式液晶板1的各像素。其 餘組成都是與第1圖相同的。 如是於本實施例的此一槪念中，如第7圖所示該透射式 液晶板1係由lxn個像素（於第7圖的實例中n=15 )構 成的。液晶控制電路1 4會以一次一個像素的方式依序於 該透射式液晶板1內將該孔徑從數目1平移到數目1 5上 。也就是說，於此實例中執行線段感知處理作業。如是， 吾人能夠讀取落在該線段方向（第7圖中的水平方向）上 的各像素，但是無法讀取落在對角線方向上的各像素（亦 即落在第7圖中的垂直方向上的各像素）。據此，此例中 -13- 567444 五、發明說明（12 ) 如第6圖所示，使用者會在該稜鏡4 1頂部沿著圖中箭號 方向移動其手指3 1。至於其結果，第7圖中手指3〗會沿 著從頂部到底部的方向或是沿著從底部到頂部的方向移動 。據此，光偵測元件6R能夠依與第1圖中實施例相同的 槪念讀取指紋表面的影像。 於上述解釋中，係將凝膠膜3形成於該光導板2的表面 上，但是即使在未形成該凝膠膜3下吾人也能夠讀取指紋 的影像。不過，形成該凝膠膜3使吾人能夠讀取具有更高 反差的指紋影像。 此外如第8圖所示，本發明裝置的建造方式也使吾人能 夠同時省略光導板2及凝膠膜3兩者而以來自LED 4的光 直接照射手指3 1。此例中，由於使用的是會穿透手指3 1 內側且因手指表面而漫射的光，故對應到指紋之突出部分 3 1 A且被帶到與該透射式液晶板1呈直接接觸的位置會發 射出較強的光，而對應到指紋之凹陷部分3 1 B的位置會發 射出較弱的光。因此，所觀測到的突出部分31A係呈現爲 明亮部位，而所觀測到的凹陷部分31B則呈現爲黑暗部位。 如同以上的解釋，根據本發明吾人能夠達成一種指紋辨 識裝置，係在更低成本下加以製造而具有更薄厚度，且該 指紋辨識裝置能夠讀取具有更高的反差的指紋影像素。 符號之說明 1 透射式液晶板 2 光導板 3 凝膠膜 14- 567444

五、發明說明（13) 4 5 6R 6T 7 10 11 12 13 14 15 3 1 3 1 A 3 1B 發光二極體 光收集部分 光偵測元件 發光元件 控制電路 視窗構件 信號放大器 類比/數位轉換器 靜態隨機存取記憶體 液晶控制電路 時序控制電路 手指 突出部分 凹陷部分 -15-

Claims (1)

1. 567444 六、申請專利範圍 1. 一種指紋辨識裝置，係包括： 視窗構件，係用以將手指放置其上； 第一光源裝置，係用以產生光並將之照射到放置於 該視窗構件上的手指； 液晶板，係藉由依序移動某一孔徑的位置依序以一 次一個像素的方式傳送來自放置於該視窗構件上之手 指的光； 光收集部分，係用以收集來自液晶板的光；以及 光偵測元件，係藉由像素單元用以接收由光收集部 分收集到的光。 2. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，其中該液晶 板能夠傳送已因手指而反射的光或是已因手指而漫射 的光。 3 ·如申請專利範圍第i項之指紋辨識裝置，其中該視窗 構件具有可將手指放置在其表面上的液晶板，且該視 窗構件會引導由該第一光源裝置產生的光並使之進入 此液晶板。 4.如申請專利範圍第3項之指紋辨識裝置，其中該液晶 板具有落在放置有手指表面上呈實質透明而像凝膠的 薄膜層。 5 ·如申請專利範圍第丨項之指紋辨識裝置，也包括一儲 存機制係藉由對應到該液晶板上各像素的像素單元以 便儲存該光偵測元件的輸出。 6·如申請專利範圍第！項之指紋辨識裝置，其中該液晶 -16- 567444 六、申請專利範圍 板會在來自該手指的光通過該孔徑時依序從作二維配 置的複數個像素中選出任一像素。 7·如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，其中該液晶 板會在來自該手指的光通過該孔徑時依序從作一維配 置的複數個像素中選出任一像素。 8. 如申請專利範圍第1項之指紋辨識裝置，也包括一第 二光源裝置以便產生沿著從該光偵測元件朝向該視窗 構件方向照射的光， 其中該液晶板會藉由允許來自該第二光源裝置的光 沿著該視窗構件的方向通過以顯示影像。 9. 一種指紋辨識方法，係包括下列步驟： 將光照射在放置於視窗構件上的手指； 依序藉由平移液晶板孔徑的位置而允許來自放置於 視窗構件上之手指的光以一次一個像素的方式依序通 過該孔徑； 收集來自該液晶板的光；並 藉由像素單元接收所收集的光。 -17-